Устройство для считывания графической информации

 

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< >667976

Сеюз Советснни

Соцна лнстнческни

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено29,1273 (21) 1982336/18-24 (51)М. Кл. % с присоединением заявки.¹

G 06 К 11/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет(53) УДК6 81. 32 7 . . 12 (088. 8) Опубликовано 15.06.79. Бюллетень № 22

Дата Опубликования описания 150679 (72) Автор изобретения

В. M. Киселев (71) Заявитель (541 УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ ный через координатный механизм пере.мещения с преобразователями уголкод, выходы которых через формирователи шаговых импульсов подключены к счетчикам приращений координат и через блоки выделения знака перемещения — ко входам управления реверсом счетчиков, блок фиксации изменения квадранта перемещения, буферный регистр, входы которого соединены со счетчиками, интеграторами и блоком временной задержки, а выходы — с цифроаналоговым преобразователем и блоком управления и обмена информацией, дешифратор, генератор переменного напряжения, блок эталонных напряжений и логические элементы И, ИЛИ.

Это устройство также имеет ограниченные функциональные возможности, так K&K !IQ3BGJIA Ko+HPGBBTb только координаты отдельных точек чертежа, . но не позволяет осуществлять автоматическое распознавание типовых форм контурных линий (прямых, дуг окружностей и др.), поэтому при кодировании графической информации на та ком устройстве и при ее последующем вводе в электронную вычислительную машину вводится большое количество

20

30

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано дпя считы- вания и ввода графической информации в ЭЦВМ.

Известны устройства для считывания графической информации, содержащие планшет, следящую головку с фотодатчиками, координатный механизм перемещения с преобразователями угол-код, формирователи шаговых импульсов, дешифраторы, подключенные через вентили передачи кодов и через логические элементы ИЛИ к счетчикам, блоки выделения направления и номера квадранта перемещения, генератор и блок напряжений (1).

Такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как при считывании контурных линий оно не позволяет автоматически производить распознавание элементов контурных линий, в результате чего возникает большая избыточность кодируемой графйческой информации.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для считывания графической информации (2), содержащее планшет, юптический визир, соединентх -! .: 4, 1

Ъ

&< wo-т -х нк аффект;, .- 5W4I ., фф

66 7976

15 избыточной информации, н е явл яющейся принципиально необходимой для последующей обработки, анализа, распознавания и преобразования.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства и сокращение избыточности .

5 информации при считывании контурных линий.

1 ук аз анна я цель дбс тига ется тем, что предложенное устройство содержит цифровой управляемый делитель, управ,ляющие входы которого подключены к буферному регистру, а аналоговый вход — к цифроаналоговому преобразователю, функциональный преобразователь, соединенный с цифровым управляемым целителем, и многовходовые сумматоры — компараторы, входы которых подключены к функциональному преобразователю, генератору переменного напряжения и блоку эталонных напряжений, а выходы через дешифратор - к блоку управления и обмена информацией, причем входы блока фиксации изменения квадранта перемещения соединены со входами блока временной задержки и подключены к блокам вьщеления знака перемещения, выход . блока фиксации изменения квадранта перемещения соединен с логическим элементом ИЛИ, другие входы которого подключены к счетчикам приращений координат и к логическим элементам

И, а вйход к блоку управления и обмена информацией.

На фиг. 1 приведена .блок-схема йредлагаемого устройстваг фиг. 2 поясняет принцип считывания контурных линий и формирование временной диаграммы основных функциойальных сигналов; на фиг. 3 приведена срав" нительная таблица числовых параметров отрезков контурных линий различной формы; на фиг. 4 показано рас пределение значений эталонных напря жений на числовой оси до преобразования (фиг. 4 а) и после преобразования (фиг. 4 б); на фиг. 5 йриве дено размещение информации в выходном слове устройства при обмене с

ЭЦВМ.

Устройство содержит планшет 1, представляющий собой стол с координатным механизмом перемещения, вы полненным в виде направляющих реек ?, :оптического визира 3, связанного че. .рез передающие нити 4 и ролики 5 с двумя преобразователями 6 угол-код с синусным и косинусным выходами 7 и 8 соответственно. Выходы 7 и 8 преобразователей 6 подключены попарно к блокам 9 выделения знака перемещения по координатам Х и У, а отдельные выходы 8 через ф<>рмирователи 10 щаговых импульсов — к счетНым входам 11 <:четников 12 приращений координат ь Х и а Y и к шинам

4 опроса l 3 выходных вентилей 14 каждого счетчика 12.

Блоки 9 выделения знака перемещения являются, по существу, фазоЧувствительными дискриминаторами, формирующими на своих парных выходах двухраэрядный параллельный код знака перемещения:

00-перемещение по оси Х (Y ) отсутствует, 01-перемещение по оси Х (Ч) в положительном направлении, 10-перемещение по оси Х (Y ) в отрицательном направлении (см. <риг, 3)

Четырехразрядныи параллельный код с выходов блоков 9 выделения знака перемещения содержит информацию о квадранте перемещения, т. е. о знаке угла между результирующим вектором перемещения и положительным направлением одной из координатных осей (или знаке производной контурной линии в данной точке) .

Выходы вентилей 14 подключены ко входам цифровых интеграторов 15, которые предназначены для последовательного суммирования кодов теку щего значения приращения а Х или аУ пблучаемых с соответствующего счетчика 12 по шаговым импульсам, поступающим с выходов формирователей 10 на шины опроса 13 групп вентилей 14.

Устройство содержит также блок

16 <(гиксации изменения квадранта перемещения, входы которого. подключены к синусным и косинусным выходам блоков 9 выделения знака перемещения по координатаг г, отдельные выходы которых подключены ко входам 17 управления реверсом счетчиков 12.

Блок 16 Фиксации изменения квадранта перемвцения предназначен для формирования сигйала в момент изменения Знака угла между результирующим вектором перемещения и положйтельным направлением одной из координатных осей.

Кроме того, в состав устройства входят блок 18 временной задержки, элементы 19 И„входы каждого из которых подключены к "разрядным выходам счетчиков 12, логический элемент 20 ИЛИ, объединяющий выход блока 16 фиксации изменения квадранта перемещения, выходы 21 переполнения счетчиков 12 и выходы элементов

l9 И; общая группа вентилей 22, через которую ко Входам буферного регистра 23 подключены выходы блока

18 временной задержки, интеграторов 15 и разрядные выходы счетчиков 12.

Блок 18 временной задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигналов на выходах по отношению к сигналам на входе для передачи параллель ного кода соответствующего квадранта перемещения на буферный регистр 23.

Буферный регистр 23 предназначен для промежуточного запоминания кодов

66 79 76

45 знака перемещения по координатам, текущего и интегрального значения прира @ения координат и подключен отдельными группами разрядов к цифроаналоговому преобразователю 24 и к блоку 25 управления и обмена информациеи с внешними устройствами, к другим информационным входам которого подключены выходы дешифратора 26.

1(ифроаналоговый преобразователь 24 предназначен для преобразования параллельного кода, поступающего с одной 10 из групп разрядов ьуферного регистра 23 в положительный уровень напряжения 1г, пропорциональный первой характеристической величине 5, Uf =kfб, > !

5 где 1 — коэффициент пропорциональ1 ности, учитывающий параметры цифроаналогового преоб разователя 24.

Блок 25 управления и обмена инщормациеей с внешними устройствами служит для формирования временной циклограммы управляющих сигналов и обеспечивает согласованную работу основных блоков и узлов устройства.

В устройство входят также генератор 27 переменного напряжения и блок 28 эталонных напряжений. Генератор 27, переменного напряжения предназначен для зондирования окрестнос.ти эталонного. напряжения в зоне 25 где с, — амплитуда переменного напряжения (см. фиг. 4), а блох 28 эталонных напряжений предназначен для установки на своих выходах отрицательных 35 уровней напряжения, соответствующих каждому эталону.

Дополнительными узлами устройства, отличающими его от известных, являются цифровой управляемый делитель

29, функциональный преобразователь

30 и многовходовые сумматоры-компараторы 31. Цифровой управляемый делитель 29 представляет соьой цифровое сопротивление со средней точкой, управляемое параллельным кодом с определенных групп разрядов ьуферного регистра 23, коэффициент деления Й которого устанавливается пропорциональным второй характеристической. величине 8

Л - 2 2 (2) где <>- коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры делителя 29. 55

Иноговходовые сумматоры-компараторы 31 являются комбинированными аналого-цифровыми схемами, осуществляющими алгебраическое суммирование аналоговых величин, поступающих на их 0 входы и скачкообразное изменение потенциала на своем выходе с О до 1 при превышении суммы этих величин некоторого порогового значения. Сброс единичного состояния производится по отдельным установочным входам сумматоров-компараторов 31 от блока 25 управления и обмена информацией.

Работа устройства происходит следующим образом.

В исходном состоянии визир 3 с перекрестием (см. Фиг. 1) подведен к начальной точке отсчета (см. фиг. 2), счетчики 12 приращений координат, цифровые интеграторы 15, буферный регистр 23 и многовходовые сумматоры-компараторы 31 сброшены сигналом установки нуля, поступающим с блока

25 управления и обмена информацией с внешними устройствами.

Затем оператор посылает сигнал к ЭИЗМ через клавиатуру (не показана) и блок 25 управления и обме-на информацией о готовности устройства к работе, которая начинается с момента начала отслеживания контурной линии чертежа (см. фиг. 2а). На фиг. 2а представлена считываемая контурная линия в координатах К и Y

М< — М - характерные точки

ff контурной линии, ь1 — сторона эле— ментарного квадрата двумерной решетки, стрелки и цифры около них указывают направление отслеживания контурной линии и номер квадранта пермещения; на фиг. 2 б и 2 в-показано формирование шаговых импульсов при движении визира вдоль контурной линии к ,в условном времени г., где ьп °, и

У нг

hn;; — приращение шаговыг(ймпульсов при движении от точки М, кМ;„) верхний индекс х или и указывает принадлежность к соответствующей координате, а нижние — номера смежных точек контурной линии.

На фиг. 2 r и 2 е показано формирование импульсов переполнения счетчиков приращений по осям Х и Y соответственно .(по горизонтальной оси отложен порядковый номер точки И . ) у на фиг. 2д показано формирование импульсов изменения квадранта перемещения; на фиг. 2 ж и 2 з показано гггормирование сигналов Реверс для счетчиков приращений по осям Х и Y соответственно.

При перемещении визира 3 с перекрестием вдоль контурной линии 32 (направление отслеживания указано стрелками) текущие значения перемещений ЬХ и ЬУ преоьразуются с помощью координатного механизма через нити

4 и ролики 5 во вращательное движение роторов преобразователей 6 уголкод, на синусных и косинусных выходах которых формируются последовательности взаимно-смещенных импульсов. На выходах блоков 9 выделения знака перемещения по координатам фор мируется код знака перемещения по координатным осям, зависящий от взаимного смещения последовательностей импульсов с выходов преобразователей

6 угол-код . При этом на выходах формирователей 10 шаговых импульсов появляются серии коротких импульсов, бб 797б к; г 1а1« (4) 40

Результаты интегрирования в виде параллельного кода с выходов интеграторов 15 и коды текущих перемещений л Х и л с разрядных выходов 45 счетчиков поступают на определенные входы общей группы вентилей 22.

В момент переполнения одного из счетчиков 12 (соответствует точке (4 на контурной линии 32, фиг. 2а) 50 импульс с выходов 21 счетчиков поступает через логический элемент 20

ИЛИ на шину опроса общей группы вентилей 22, через которые в буферный регистр 23 выводятся коды знаков пере-55 мещения по осям, текущие значения и пУ и интегральные значения 5 и

Ьг . При этом на выходе цифроаналогового преобразователя устанавливается соответствующий уровень напряжения поступающий на аналоговый вход 0 цифрового управляемого делителя 29, коэффициент деления а(. которого установится в соответствии с параллельным кодом, поступающим на его управляющие входы с буферного регистра 23. 65 поступака их на счетные входы 11 счетчиков 12 приращений координат. Появление каждого шагового импульса соот ветствует шаговому перемещению,с дискретностью 8 (мм ) (см. Фиг. 2б, 2в) .

Число импульсов Л,. р ЛП ° (11 1 1, i+! (где 1 - порядковый номер особой. точки контурной линии 32), накопленных . в обоих счетчиках 12, будет строго пропорционально результирующим перемещениям визира ЗьХ и а7 вдоль соответствующей оси. Разрядность ® счетчиков 12 вибрана такой, что полное заполнение счетчиков произойдет при аХ х = д /мм/. и лУ„, = d

/мм/ (см. Фиг. 2a), где d — сторона квадрата двумерной решетки, услов- 15 но нанесенной на плоскость чертежа.

Сигналы с выходов блоков 9 выделения знака перемещения поступают на входы 17 управления реверсом счетчиков 12, при этом в счетчиках 20 будет производиться суммирование или вычитание шаговых импульсов в зависимости от направления перемещения (см., фиг. 2а, 2г, 2д) .

Одновременно с этим шаговые импульс сы поступают на шины опроса 13 групп вентилей 14, установленных на разрядных выходах счетчиков 12, и в цифровые интеграторы 15 последовательно вводятся и суммируются коды текущих. значений приращений лХ илУ т . е. производится интегрирование в результате которого вычисляются характеристические величины $ и 8

2 Bj 35

" У (3) -1

B результате на выход. 1 делителя 29 устанавливается уровень напряжения, равный

У( 11 А Х (Ч (-1 ! (5)

"1 -1 то есть пропорциональный характеристическому отношению -1- (см.фиг. 3).

В сравнительной таблице на Фиг. 3 приведены различные формы отрезков контурных линий, соответствующие функ иональным зависимостям вида: ц= 1 в хг (дуга окружности),ц=x (дуга квадратичной параболы), у = х (дугакубичной параболы), у х (линейная зависимость), х соль| и g = солМ квадранты перемещения, коды знака вектора перемещения, а также числовые значения характеристических величин 5,, 52, -

Для различных форм отрезков контурных линий характеристические числа

5,, Ьг и их отношения †являются различными (см. Фиу". 3) причем, значение отношения - является инва-. риантным к масштабу изображения (не

2 зависит от cf ) и по нему можно осуществить опознавание Формы отдельного отрезка контурной линии 32 .

Число и различных форм, соответствующих различным полиномам или функциональным зависимостям, определяется классом считываемых контурных линий, а соответствующие значения отношений

Ф (2 1, 2, . ., и ) рассчитываются заранее и задаются в виде фиксированных уровней напряжения, поступающих на отдельные входы сумматоров-компараторов 31. Если расположить полученные значения U3 . = ф на числовой оси (см. Фиг. 4а) то полученное распределение точек будет, в общем случае, неравномерным. Преобразование неравномерного распределения в равномерное (см. Фиг. 4б, где cCдопустимая эона отклонения от эталонного значения) производится с помощью нелинейного функционального преобразователя 30, выход которого подключен к цепи, объединяющей один из входов сумматоров-компараторов

31. Другие объединенные между собой входы сумматоров-компараторов 31 подключены к выходу генератора 27 переменного напряжения амплитудой Я (в), который осуществляет зондирование окрестности эталон.ной точки в зоне

+ Я, в результате которого происходит срабатывание одного иэ многовходовых сумматоров-компараторов 31 и на совокупности их выходов формируется- унитарный код, который преобразуется дешифратором 26 в двоичный код формы отрезка контурной линии, поступающий совместно с кодами приращений а Х, ьУ и знаков приращений s)gn@X и sign ЬY на входы блока 25 управления и обмена ин667976

10 формацией. Вывод информации осуществляется по сигналу Считывание, поступающему от внешнего устройства после того, как будет сформирован сигнал Готовность, который появляется с некоторой временной Задержкой по отношению к сигналу с выхода логического элемента 20 ИЛИ. После вывода информации по кодовым шинам блок 25 управления и обмена информацией формирует сигнал Сброс по . шине Y 0 и устанавливает узлы устройства, содержащие элементы памяти (счетчики 12, регистр 23 и сумматоры-ко!"тараторы 31) в исходное состояние. Таким образом осуществляется считывание, обработка, распознавание и вывод информации в одном рабочем цикле, когда отслеживание контурной линии происходит от одного узла двумерной решетки к другому (например отслеживание линии 32 от

0 до точки М, или от точки M до у точки M на фиг. 2а), т. е. когда сторона элементарного квадрата 4 двумерной целочисленной решетки равна

" "!Пак где bA .„- емкость счетчиков 12, соответствующая максимальному количеству шаговых импульсов. х V» к .я

= д =дп = п" =да

0< а,, 1,2; па» другие возможные варианты. отрез ков контурной линии рассмотрены на фиг. 2а для точек N3-Nц - Например, в интервале слежения от М до M 3. счетчики заполняются до величин ьп <лп иап < ьп так Я,Ъ тах r однако, в конце интервала (точка N ) проходит изменение квадранта перемещения (от Т! к И ), в результате которого блок 16 фиксации изменения квадранта перемещения по изменению кода знака перемещения формирует на своем выходе импульс, который поступает на шину опроса общей группы вентилей 22 и блок 25 управления и обмена информацией, при этом осуществляется вывод информации о новом участке контурной линии.

В точках М4, N>, М также происходит измененйе квадранта перемещения и работа устройства происходит аналогичным образом.

При отслеживании линии от точки

М> до точки М перемещение визира

3 происходит в положительном направлении координатной оси )(и опрос состояния счетчиков 12, буферного регистра 23 и блока 18 временной задержки произойдет по импульсу переполнения одного из счетчиков 12.

При отслеживании линии от точки

М> до точки М > перемещение про- . исходит в отрицательном направлении оси Y, один из счетчиков 12 работает в реверсивном режиме счета и опрос состояния узлов устройства произойдет при достижении этим счетчиком нулевого состояния, которое фиксируется соот !етствующим элементом 19 И, на выходе которого формируется импульс, поступающий на элемент 20 ИЛИ и т.д.

5 Отслеживание линии от точки M

9 до точки М„(фиг. 2а) и от точки

М, до точки М 1 иллюстрирует тот случай, когда перемещение визира 3 происходит в прямоугольнике, одна из стоу рон которого равна d

При движении визира 3 строго по координатной оси (от точки М к точ7 ке М или т точки М к точке М )

9 в цифровые интеграторы 15 не выводятся коды приращений аХ или лУ счетчиков 12, так как на выходе одного из формирователей 10 шаговых импульсов отсутствуют импульсы, поэтому на выходах цифроаналогового преобразователя 24, и цифрового управляемого делителя 29 нулевой уровень напряжения, меньший

Ц,„ (см. фиг. 4) и на выходах дешиФратора 26 формируется нулевой код формы.

Однако опознавание формы в этом

25.случае (горизонтальный или вертикальный отрезок прямой) можно осуществить пб совокуПности нулевого кбда формы и кода знаков э1фя аХ и sing A д

° (см. фиг. 3), выводимых во внешнее

30 устройство.

В выходном слове (см. фиг. 5), Формируемом на выходе устройства для считывания графической информации, содержится информация, необходимая и достаточная для последующей обработки в ЭЦВМ, где ь Х, aY - коды соотвстствующих приращений, bIgnhX УЯпйУ - коды знаков этих

40 . р приращений.

Размещая выводимую из устройства информацию последовательно в ячейках ЗУ, можно восстановить абсолютные координаты особых точек кривой путем вычислений по следующим формулам я „= - Y 4 v„! (6) и

Х =Е йХ signify (7)

1=1

50 где 1 1, 2,..., n — порядковый номер особой точки, а знак. + (код О) ь1 ЯпаХ (e Y )

55 знак — (код 1).

Координаты точек, промежуточных между особыми точками, можно восстановить, используя код формы отрезка линйи на данном интервале, то есть производя последовательные вычисления

60 значений полиномов или определенных

„функциональных зависимостей, соответствующих опознанной в устройстве форме отрезка линии, по специальным алгоритмам, заложенным в программе обработки йиформации на ЭВМ.

6679 таким образом, н предложенном устройстве, в отличие от известных,осуществляются адаптация по интервалу считывания и зависимости от расположения особых точек на контурной линии и опознавание формы отрезка линии на каждом интервале считывания, то есть устройство осуществляет предварительную обработку информации о контурных линиях, н результате которой снижается избыточность,. что позволяет уменьшить объем используемой .памяти ЭВМ для хранения графической информации.

Формула изобретения 15

Устройство для считывания графической информации, содержащее план шет, оптический визир, соединенный 20 через координатный механизм пере"мещения с преобразователями угол. код ., выходи которых через Формирователи щаговых имйульсов подклю-чены к счетчикам приращений координат 5 .и через блоки выделенйя знака перемещения - ко входам управления ре- версом счетчиков, блок Фиксации изменения квадранта перемещения, буфер- .: ный регистр, входы которого соединены со счетчиками, интеграторами и блоком временной задержки, а выходы - с цифроаналоговым преобразователем и блоком управления и обмена информацией, дешифратор, генератор

76

12 переменного напряжения, блок эталонных напряжений и логические элементы

И, ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей и сокращения избыточности информации, оно содержит цифроной управляемый делитель, управляющие входы которого подключены к буферному регистру, .а аналоговый нходк цифроаналогонйму преобразователю, функциональный преобразователь, сое диненный с цифровым управляемым делителем,. и многонходоные сумматорыкомпараторы, входы которых подключены к функциональному преобразователю, генератору переменного напряжения и блоку эталонных напряжений, а выхо-, ды через дешифратор — к блоку управления и обмена информацией, причем входы блока фиксации изменения квадранта перемещения соединены со входами блока времЕнной задержки и подключены к блокам выделения знака перемещения, выход блока фиксации изменения квадранта перемвцения соединен с логическим элементом ИЛИ, другие входя которого подключены к счетчикам приращений координат и к логическим элементам И, а выход - к блоку управления и обмена информацией.

Источники ин Формации, прин ятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 344470с кл 3 06 К 11/00, 1969 °

2. Авторское свидетельство СССР

У 356666, кл. G 06 К 11/00, 1969 °! ! ,-!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

lllll l 1 1 illlllilllillil)llll!Пйй!йШ! f1 !

1 !

Шl!kl!ll! 1!) 111

-1!!!, L l.l!.<

---1—

t Ii а сей 20, ИДИ т!

П.

Риг 2

0 Затка

Бентора

ПЕРКРРи44ния

PapaPf УflFP янаи

lф,унан

Бет тара л е ю mud м4

foray уФ

КЫРраяма

Ь/я, Я ff""

Df

Р, 760 0, 200

0,706 D,zfs Я,66

10

4 ь..

D,760 D,250

0, 706 О, 215

3, 66

q E

01

0,2Ц 0,706

0,27

0 260 и 7s0

0t

02S0 0,760

0,2fs Р, 7И Р,г 7 то

0f

$667 РШ 800 (К

0f

0667 п.ли 2,00

0,600 0,600

РЯБ РИ7 DS0

Р,ди а 007 0 60

СЬ! - е

4 ш»

6f.797Ь а ! ! ! ! Г !

43 4

/Ю

S4 ÓÏÇÓ фОРДРа4

54g33 dX

Фи43.$

Составитель А. Романов

Рккактор н. каменская техред м. келемеш корректор о. латрушева

43явшшшшеваш4шяаееенЪш44ь йдмваша4ввшашшкшше. -шеешвевше.я «- шее о швам еякш

Заказ 3469/44 Тираж 779 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москваа К-35 РаКшскан нае. Д. 4 5 т

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4